JP5265032B2 - 燃料電池システム及びその発電停止方法 - Google Patents
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Description
(1−1)構成
本実施形態の燃料電池システム1は、図1に示すように、大別して、燃料電池10と、燃料電池10の燃料極10aに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段20と、燃料電池10の酸化剤極10bに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段30と、燃料電池10の燃料極10aにCOを酸化除去するための空気を供給するCO酸化用ガス供給手段40とから構成されている。
次に、上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池システムの発電停止方法について説明する。なお、図2は、本実施形態における燃料電池システムの発電停止手順を示すフローチャートである。
図3は、燃料極からCOを除去した状態で保持した単セルと、燃料極からCOを除去しない状態で保持した単セルについて、通常発電時の電流密度におけるそれぞれの耐CO性低下度相対比を示したものである。
上述したように、本実施形態によれば、燃料極に供給されるCO酸化用空気の量を、燃料電池システムの発電停止時において、燃料極側の燃料ガスに含まれるCO量に対するCO酸化用空気の供給割合が、燃料電池システムの通常発電運転時におけるCO酸化用空気の供給割合よりも高くなるように制御することによって、燃料電池システムの発電停止時及び発電停止保管時における燃料極の触媒に被毒するCOの酸化除去を促進し、触媒のCO被毒による耐CO性の低下を抑制することができるので、電池耐久性を飛躍的に向上させることができる。
本実施形態は、上記第1実施形態におけるCO酸化除去操作が、燃料極の電位操作であることに特徴を有し、その他の形態については上記第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
次に、本実施形態の燃料電池システムの発電停止方法について説明する。なお、図4は、本実施形態における燃料電池システムの発電停止手順を示すフローチャートである。
図5は、燃料極の触媒がCO被毒した際の、各電流密度における水素電極電位に対する燃料極電位を示したものである。図から明らかなように、電流密度が高くなるに従って燃料極電位は高くなるが、これは燃料極の触媒のCO被毒による反応分極の増加によるものである。さらに電流密度を増加させると、燃料極電位は水素電極電位に対して0.3V付近に近づくことがわかる。これは、燃料極電位が0.3V付近では、触媒に被毒しているCOが酸化除去されているためである。したがって、燃料極電位を水素電極電位に対して0.3V以上に上昇させることによって、燃料極の触媒に被毒するCOを酸化除去することができることが分かる。
上述したように、本実施形態によれば、燃料電池システムの発電停止時において、燃料極にCO酸化用空気を供給することなく、簡易的に燃料極内の触媒に被毒しているCOを酸化除去することができる。なお、本実施形態による効果は、上記第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
本実施形態は、燃料電池システムの発電停止保管時にCO酸化除去操作を行う点に特徴があり、その他の形態については上記第1実施形態と同様であるため、説明は省略する。
次に、燃料電池システムの発電停止保管時における操作について説明する。
すなわち、燃料電池システムの発電停止保管時においては、燃料極に空気を追加供給する。その際、追加供給する空気中の酸素は、該空気中の酸素と燃料電池システムの発電停止時における酸化剤極に供給される空気中の酸素との総和の物質量が、燃料電池システムの発電停止時における燃料極に供給される水素の物質量の半分以下になるように調整する。
このように、燃料電池システムの発電停止保管時に、燃料極に空気を追加供給することにより、燃料極の触媒に被毒しているCOを簡便に酸化除去することができる。また、上記第1及び第2実施形態による燃料電池システムの発電停止時のCO酸化除去が不充分であった場合にも、本実施形態によって追加操作を行うことができる。
(4−1)構成
本実施形態の燃料電池システム2は、図6に示すように、燃料電池10と、燃料電池10の燃料極10aと酸化剤極10bの両方に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段25と、燃料電池10の燃料極10aと酸化剤極10bの両方に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段35と、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を燃料極10aと酸化剤極10bの間で切り替える反応ガス供給切替手段60と、この反応ガス供給切替手段60による切替操作を制御する制御手段70から構成されている。
続いて、本実施形態の燃料電池システムの発電停止方法について説明する。なお、図7は燃料電池システムの発電停止手順を示すフローチャートである。また、この燃料電池システム2は、通常発電時においては、燃料極10aに燃料ガスを供給し、酸化剤極10bに空気を供給するように、前記制御手段70によって反応ガス供給切替手段60を制御するように構成されている。
本実施形態によれば、燃料電池の燃料極に空気を供給することによって、燃料極電位が上昇し、燃料極の触媒に被毒しているCOを酸化除去することによって、燃料電池発電停止保管時における触媒上のCO被毒を抑制することができる。燃料極電位は、願わくは標準水素電極電位に対して0.3V以上に上昇させることが好ましい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も含むものである。例えば、上記実施形態では、酸化剤ガス及びCO酸化用ガスとして空気を用いた例について説明したが、酸化剤ガス及びCO酸化用ガスとして酸素を用いてもよい。
10…燃料電池
10a…燃料極
10b…酸化剤極
20、25…燃料ガス供給手段
21…燃料ガス供給源
30、35…酸化剤ガス供給手段
31…酸化剤ガス供給源
40…CO酸化用ガス供給手段
41…CO酸化用ガス供給源
50…制御手段
60…反応ガス供給切替手段
70…制御手段
Claims (2)
- 燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極と酸化剤極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の燃料極と酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給先を、前記燃料極と酸化剤極の間で切り替える反応ガス供給切替手段と、
前記反応ガス供給切替手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、燃料電池システムの通常発電時においては、前記燃料極に燃料ガスを供給すると共に、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように制御し、
燃料電池システムの発電停止時においては、前記燃料電池からの電流の取り出しを停止し、
前記反応ガス供給切替手段によって、前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給先を前記燃料極と酸化剤極の間で切り替え、前記燃料ガスを前記酸化剤極へ、前記酸化剤ガスを前記燃料極へ各々供給し、
前記燃料電池の電圧が0V未満になったら、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池から逆電流を取り出し、前記燃料電池の電圧が0Vを上回らないように電流を調整し、電圧が0Vになったら、前記逆電流の取り出しを停止することを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極及び酸化剤極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の燃料極及び酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給先を、前記燃料極と酸化剤極の間で切り替える反応ガス供給切替手段と、
前記反応ガス供給切替手段を制御する制御手段を備えた燃料電池システムの発電停止方法において、
前記燃料電池からの電流の取り出しを停止し、
前記反応ガス供給切替手段によって、前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給先を前記燃料極と酸化剤極の間で切り替え、前記燃料ガスを前記酸化剤極へ、前記酸化剤ガスを前記燃料極へ各々供給し、
前記燃料電池の電圧が0V未満になったら、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池から逆電流を取り出し、前記燃料電池の電圧が0Vを上回らないように電流を調整し、電圧が0Vになったら、前記逆電流の取り出しを停止することを特徴とする燃料電池システムの発電停止方法。
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